【正文】 最后，感謝機(jī)電學(xué)院的老師們，沒(méi)有你們的栽培，我無(wú)法完成此次畢業(yè)設(shè) 計(jì)，忠心的感謝你們，老師辛苦了！
。 此次設(shè)計(jì)的龍門(mén)式數(shù)控鉆床經(jīng)濟(jì)型性價(jià)比較高， 各個(gè)部件的選擇也是標(biāo)準(zhǔn)件，材料的選擇也是在滿足要求后選擇的低價(jià)材料，為機(jī)床的總體性價(jià)提高了較多。 主軸箱的作用主要是完成鉆床的變速功能，主軸箱中包含了三個(gè)軸，由于變速的范圍較大，所以對(duì)軸承的選擇有較高的要求，轉(zhuǎn)速較高，從而產(chǎn)生的熱量也隨之增加，這樣對(duì)軸承的要求較高。 本次設(shè)計(jì)采用的是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，此工作臺(tái)采用了液壓裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖等一些功能 。工作臺(tái) 的作用是按照控制裝置的信號(hào)或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以使數(shù)控機(jī)床能完成指定的加工工序。 30 總 結(jié) 這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是龍門(mén)式數(shù)控鉆床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括工作臺(tái)的設(shè)計(jì)、機(jī)械部分的設(shè)計(jì)、橫梁滾珠絲杠的設(shè)計(jì)。 滾動(dòng)體數(shù)目確定 對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌有公式： lGz 4? 式中 G 為導(dǎo)軌上的載荷； l 為滾子長(zhǎng)度； z 為導(dǎo)軌上的滾動(dòng)體數(shù)目。 滾動(dòng)體的尺寸要求及確定 滾動(dòng)體的直徑越大，摩擦系數(shù)越小，故在結(jié)構(gòu)允許的情況下，盡量選用較大直徑的滾 動(dòng)體，取 mm48?d ，由于滾子長(zhǎng)度增加，可提高剛度，但過(guò)長(zhǎng)會(huì)使?jié)L子在長(zhǎng)度上的壓力分布不均。其材料一 般為滾動(dòng)軸承鋼，淬火后硬度可達(dá)到 60HRC 以上。由于滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦小，允許轉(zhuǎn)速高，壽命長(zhǎng)，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，故選用滾動(dòng)導(dǎo)軌。 工作臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 29 在機(jī)床設(shè)計(jì)中，導(dǎo)軌設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足導(dǎo)軌的基本要求，即導(dǎo)向性，耐磨性，剛度，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等要求。自由高度 0H 的選取范圍為mm125~25 取 mm450 ?H 彈簧壓縮狀態(tài)高度為 mm32 。 驗(yàn)算彈簧剛度：由公式： 34 ?? nDGdk 。有效圈數(shù) n 的選取范圍為 ~ ，取 4?n 圈。查表 mm3?d ， mm22?D 工作極限負(fù)荷 324＞ 116N。 最大工作負(fù)荷計(jì)算：因彈簧工作 時(shí)只需克服活塞，少量油液，圓柱體，與托柱體的自重：則由公式 )Kg( ????? VVVVM ???? 所以： ( N ) 1 9109 2 ???? MgF 查表可知： MPa340p ?? 所以， 542221198 340 2 ????? ?A 查表對(duì)應(yīng) A 值的 C 值為 。 因彈簧直徑已知，故采用第二種設(shè)計(jì)方法。 工作臺(tái)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)彈簧時(shí)的方法很多，通常有三個(gè)方法。蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。 蝸桿蝸輪幾何尺寸計(jì)算 25 蝸桿軸向齒距 ???? mp ? 蝸桿軸向齒厚 2121 ax1 ???? Ps 蝸桿法向齒厚 o o s ///x1n1 ?????? ?ss 蝸桿齒頂圓直徑 mm1 8 0mm)10121 6 0(22 a1a11a1 ????????? ? mhdhdd 1)( a ??h 蝸桿齒根圓直徑 )(22 a1f11f1 ?????????? ?? chdhdd )( ??c 蝸桿齒寬 mm2 2 21 ??????? zmb 取 mm2301 ?b 蝸輪喉圓直徑： mm850mm1028302 a22a2 ?????? hdd mm02 ?x 蝸輪齒根圓直徑： mm806mm)(2 f22f2 ??????? hdd 蝸輪咽喉母圓半徑： mm75mm)2850500(2a2g2 ????? dar 蝸輪齒寬 i n1602s i n12 ??? ?db 取 )100( ??? 選蝸輪輪齒端面為錐面結(jié)構(gòu)。 蝸桿軸的剛度驗(yàn)算 因?yàn)楣ぷ髋_(tái)在回轉(zhuǎn)時(shí)不克服任何切削力，只克服極小的滾動(dòng)摩擦與慣性力。 蝸桿傳動(dòng)效率 1)~( ?? ? 根據(jù) smv / ? ，查表 79，得 /V 170??? ， )ta n(tan V1 ??? ?? ?? ~)~( 1 ?? ?? ，初選 ?? 與之相符。 滑動(dòng)速度 sv ： m / i n i n ///2s ????? ?vv 。 蝸桿材料選為 40Cr,表面淬火，硬度 HRC50~45 ；蝸輪齒圈材料為 110PbZCuSn ，金屬模鑄造。 工作臺(tái)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)一般的龍門(mén)鉆床中回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的 轉(zhuǎn)速為 r/min20?n 。步距角 )(? 。 確定蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比 蝸桿為 ? 工作臺(tái)為 00 002 ?? 則蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為 83000 002 ?? 確定傳動(dòng)比為 83I? 確定電機(jī)型號(hào) 由《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》 [7]表 F9（ P154）可以查得： 110BF003 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 iF 移動(dòng)件所受力，無(wú)切削力，可忽略。其中 jmaxM 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩， M 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。但是，必須保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩。在數(shù)控機(jī)床中常見(jiàn)的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角一般為 ?? 3~ 。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 22 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步的步距角mZQ360??，按理論設(shè)計(jì)是圓周 ?360 的等分值。這時(shí)脈沖位移的分辨率和精度較高。對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)而言，脈沖當(dāng)量可由下式計(jì)算：WK21 ZZZZ ????? ，式中， KZ 蝸桿頭數(shù)， WZ 為蝸輪齒數(shù)。 工作臺(tái)電機(jī)的選擇 確定脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量 ? 是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令脈沖，工作臺(tái)移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 為了盡量消除傳動(dòng)間隙和反向間隙，圖示中齒輪和齒輪的嚙合的側(cè)隙是靠偏心環(huán) 來(lái)消除的。當(dāng)工作臺(tái)不回轉(zhuǎn)時(shí)，夾緊液壓缸的上腔進(jìn)壓力油，使活塞向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)鋼球、夾緊瓦及將蝸輪夾緊；當(dāng)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，使夾緊液壓缸上腔的油流回油箱。 當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)。 工作原理：在 工作臺(tái)接受到數(shù)控系統(tǒng)指令后，首先把 蝸 輪松開(kāi)，然后啟動(dòng)電液脈沖馬達(dá)，按指令脈沖來(lái)確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角 度等 參數(shù)。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)功能的結(jié)構(gòu)形式多樣，但需要數(shù)控機(jī)床具有復(fù)雜的曲線和曲面的加工能力時(shí)必須配備回轉(zhuǎn)軸，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是在數(shù)控機(jī)床上完成回轉(zhuǎn)進(jìn)給功能的直接部件。 l 為鍵的工作長(zhǎng)度， A 型平鍵 bLl ?? ， B 型鍵 Ll? ， C 型鍵 2bLl ?? 將值代入上式進(jìn)行校核： ? ? ap3p MP150~1203670)1032( ??????? ??? ?? 所 以擠壓強(qiáng)度滿足。因此，對(duì)于普通平鍵連接只需要進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計(jì)算；而對(duì)于導(dǎo)向平鍵或滑鍵連接需要進(jìn)行耐磨性條件的計(jì)算。其基本尺寸為： mm32mm12mm20 ????? Lhb 。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [14]中表 41 可以確定。鍵的長(zhǎng)度還須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。 主軸上鍵的選擇與校核 鍵的選擇包括類(lèi)型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。 因此所選軸承強(qiáng)度滿足。 對(duì)于 70000AC 型軸承，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [12]表 99，軸承內(nèi)部軸向力 rs FF ? ，并由表 97 19 可知判斷系數(shù) ?e 。 軸承的選 擇與校核 由上面軸的設(shè)計(jì)中可知，軸承處的軸頸 mm70?d ，轉(zhuǎn)速 r/min75?n ，兩支承的徑向載荷N559r1 ?F ， N618r2 ?F 。 主軸箱中其它軸也可由上面的校核方法進(jìn)行校核。軸的材料是 45鋼，查表 81 取彎曲等效系數(shù) ?? ，扭轉(zhuǎn)等 效系數(shù) ?? 。 危險(xiǎn)截面處疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 抗彎截面系數(shù) ： 334343 2 1 5 6mm)()1( ??????? ?dW 抗扭截面系數(shù) ： 334343 4 3 1 2mm)()1( ??????? ?dW T 合成彎矩 ： mmN79627143 2/28143882692/332 ???????? L BLMM 轉(zhuǎn)矩 mmN168080 ??T 彎曲應(yīng)力幅（按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） ： 17 aaa ??? WM? 彎曲平均應(yīng)力 ： am MP0?? 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅（按脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） ： aaTa 1680802 ???? WT? 扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力 ： aam 1 .3 0 7M Pττ ?? 由 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 [12]中的。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸 可知，在齒輪配 合和鍵槽引起的應(yīng)力集中。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [12]中式 84 得 ? ? a1aa43e222ca )1( )( ?????????? ????? WMW TM 按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核計(jì)算 判斷危險(xiǎn)截面 危險(xiǎn)截面的位置應(yīng)是彎矩和轉(zhuǎn)矩較大及截面面積較小且應(yīng)力集中較嚴(yán)重處。 15 按彎扭軸上合成強(qiáng)度條件計(jì)算 由所確定的結(jié)構(gòu)圖可確定出簡(jiǎn)支梁的支承距離 mm1582 ?L ， mm1433 ?L 據(jù)此求出齒輪寬度中心所在截面的 HM 、 VM 、 M 及 caM 的值。齒輪的周向定位采用 A 型普通平鍵連接。 估算軸的直徑 在主軸箱結(jié)構(gòu)中，聯(lián)軸器的效率、齒輪傳動(dòng)效率和滾動(dòng)軸承的效率都比較高，因此在計(jì)算主軸的轉(zhuǎn)矩時(shí)可以忽略。其力學(xué)性能可查得： MPa640b ?? ， MPa355s ?? ， MPa2751 ??? ， MPa1551 ??? ， ? ? MPa601 ??? 由于 主軸為空心軸，根據(jù)公式求得其最小直徑： )1( 440 ??? n PAd， 式中； dd1?? ，即空心軸的內(nèi)徑 1d 與外徑 d 之比，通常取 ~?? 。在此不再展開(kāi)。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 ? ?H1εHEH12 ?? ???? uubdKTZZZ 從 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 [12]查表 65（ P122 頁(yè)） 得： ?Z 由圖 614 查得： ?Z 由圖 613 查得 ： ?Z 由圖 615， 按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕 ,查得 ： ?Z , ?Z 由圖 616e,按齒面硬度均值 51HRC,在 MQ 和 ML 線中間查出 : M P a1 0 5 0H lim 2H lim 1 ?? ?? 1Hlim ?S 則： ? ? M P a914H m in1NH lim 1H1 ??? S Z?? ? ? M P a966H m in N2H lim 2H2 ??? S Z?? 將確定出的各 項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得： 14 ? ? 1H2H M P 16 808 ?? ?????????? 所以，接觸強(qiáng)度滿足。而且齒輪材料為 45 鋼，齒部高 頻淬火 HRC45~40 ，當(dāng)計(jì)算轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于min/100r 時(shí)， 所得模數(shù) m 值可能對(duì)于接觸疲勞強(qiáng)度是不夠的，可以 按下公式計(jì)算： 在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中推薦齒寬系數(shù) 10~6/ ??? mb 從中可以得到： 4?m 確定中心距： mm144)3636(24)(2 211 ????? zzma 同理可得： mm1842 ?a 由于在設(shè)計(jì)中采用的是滑移齒輪。在軸 III間的變速組中的兩個(gè)傳動(dòng)副中的傳動(dòng)比為： 1a1?u ； ?u ； 在軸 IIIII間的變速組中的兩個(gè) 傳動(dòng)副中的傳動(dòng)比為； ?u ?u 設(shè)計(jì)中，變速組中所有齒輪的模數(shù)相同，并是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，所以這 4對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)和相同。可以將其分解為 ??i 。可以將其分解為 ??i 。 由于 主軸要求恒功率變速范圍 nNR 遠(yuǎn)大于電機(jī)恒功率變速范圍 dNR 。使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。實(shí)際上，由于機(jī)械無(wú)級(jí)變速裝置屬于摩擦傳動(dòng)，有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。 主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào) 由切削功率 KW4c ?p 選取 Y 系列（ IP44）電動(dòng)機(jī) 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（ P167表 121） 。 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 采用 ZK9350型龍門(mén)式數(shù)控鉆床主軸轉(zhuǎn)速范圍。 而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)按照 主變速傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的一般原則來(lái)設(shè)計(jì)：即傳動(dòng)副前多后少原則；傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相致的原則；變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 四 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)計(jì)算 在主傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行具體分析，一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求： a) 滿足機(jī)床使用性能的要求 b) 滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力的要求 c) 滿足機(jī)床工作性能的要求 d) 滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的要求 e) 調(diào)整